미래수해대응능력향상을위한...

미래 수해대응능력 향상을 위한

대심도 터널 도입방안2011. 5

1. 도입 필요성

2. 대심도 하수터널 도입의 타당성

3. 대심도 지하이용 사례(하수터널을 중심으로)

4. 대심도 하수터널의 적용방안

5. 향후 과제(관련법령 및 제도의 정비)

6. 광화문 대심도 하수터널 설치계획(예시)

3

Ⅰ. 도입의 필요성

도시 하수관거 현황1

기상이변에 따른 국지성 호우와 강우량증가로 내수침수방지를 위한 추가시설 필요

• 최근 100년간(1906-2005) 지구평균기온 0.74℃ 상승⇒ 우리나라 기온은 1.5 ℃ 상승

• 범지구적 기후변화가 우리나라에도 뚜렷이 발생

기 상 이 변

• 시간당 50mm이상호우 60년대 8회⇒ 2000년대 111회로 14배 증가

• 강우일수는 감소하나 호우 일수는 증가

국 지 성 호 우

설계빈도 상향조정• 100년빈도 강우 26.9% 증가

확률 강우량 증가

• 도시개발에 따른 도시화율 증가

우수유출량 증가

• 2010.9.21 기습폭우로 인한 침수

내수 침수

4


강우량 증가와 더불어 도시개발에 따른 비점오염원 증가로 CSOs 저감시설 필요

차집관거의 용량부족과 노후화로 기능보강을 위한 복선관로 필요

구 분 문 제 점 우천시 미처리수 월류

부영양화• 오염물에 의한 악취 및 조류발생• 물고기 폐사 사고의 원인

심미적 오염 • 고형물 침전에 의한 악취 협잡물 ⇒ 심미적 악영향

병원성 미생물 증가 • 초기 유출수에 포함된 대장균으로 인해 방류수계 이수 불가

하천 생태 교란 • 오염도에 따른 수생생물의 서식환경 변화

차집관거 용량부족

• 시간최대 발생하수량 기준

3Q 차집이 가능토록 설치

• 일부구간 차집관거

용량부족현상 발생

차집관거 수압발생

• 우천시 압력관 형성으로

내압에 의한 맨홀부의

뚜껑이탈, 구체 파손 발생

노후화 및 파손

• 차집관거 노후화로 인해

몇몇지역에서 파손으로 인한

하수유출 문제 발생

5


문제점 및 대안강구2

지상부• 대부분 개발완료 : 사용부지 확보 곤란, 지가 앙등

⇒ 막대한 시간과 예산 소요

지하 30m

이내

• 도시의 고도화 및 고밀화로 지하공간 이용이 급격히 증가

⇒ 지하매설물이 거의 포화상태에 도달하여 굴착 곤란

⇒ 굴착이 가능하더라고 교통체증 유발

• 도시의 신규 수요 충족

• 기상이변시 원활한

하수배제를 위한 관로의

복수화나 저류기능을 확충

대심도지하공간 활용

방안 강구

•상호 보완적이고 유연하게 대처할 수 있는 새로운 시설 필요

• 상호 보완적이고

비상시에도 유연하게

대처할 수 있는

새로운 대안 필요

6

Ⅱ. 대심도 하수터널 도입의 타당성

서울시 조례의 지하공간 한계심도 개념도 일본에서 대심도 지하공간 개념도

대심도 지하란 토지소유자에 의해 통상적으로 이용되지 않는 지하공간으로서 기초

지지층인 양호한 지반보다 밑에 있는 지하

대심도의 정의21

7


지하공간 사용 현황 및 대심도 하수터널 배치22

구 분 심 도(m) 공간 특성화 주 요 시 설

천심도 0~5 내외 공급처리시설이 분포하는 구간 상하수도, 통신, 가스, 열공급설비 등

저심도 5~20 내외 이용도가 높으며 장시간 이용시설 지하상가, 지하보도, 지하철 역 등

중심도 20~40 대중교통수단 및 주차장 등 공간 지하철, 지하도로, 주차장 등

대심도 40 이상 통상 사람이 이용하지 않는 지원 시설 공간 지하발전소, 폐기물 수송시설, 저장공간 등

30m이하 지하공간 사용현황

- 생활시설 : 상하수도, 전력, 통신,

가스관

- 교통시설 : 지하도, 상가 주차장,

지하철등

40m이상 지원시설 공간으로 계획

- 지하발전소, 폐기물 수송시설,

저장공간등으로 활용하여 국토의

효율적 이용을 계획하는 것이 바람직

8


대심도 하수터널의 장단점23

• 경로와 설치장소의 제한이 없다.

→ 최적의 시설계획 및 합리적인 선형으로

비용절감

• 부지확보를 위한 권리조정 원활

→ 사업기간단축 : 계획적인 사업의 실시

→ 토지수용에 따른 사업비 절감가능

(사전보상없이 사용 설정)

• 안정성 향상

→ 양호한 지반에 건설

→ 지상재해나 지진의 영향이 적음

→ 저류, 저장기능 확보로 재해시 대응

• 공사중의 소음, 진동 등에 의한 환경 악

영향이 적다.

• 교통소통의 저해요인이 적다.

장 점 단 점

• 초기건설비용이 크다.

• 재확장이 어렵다.

• 주변환경에 대한 영향 고려

→ 지반침하와 지하수의 수위저하

→ 수류차단 및 저해

→ 건설시의 지하수 오탁이나

지반개량제에 의한 수질 오염

• 유지관리시 준설, 유해가스 대책 필요

9

Ⅲ. 대심도 지하이용 사례(하수터널을 중심으로)

미국 시카고 TARP(Tunnel And Reservoir Plan) 싱가포르 DTSS(Deep Tunnel Sewerage System)

일본 요코하마시 이마이가와 저류조 말레이시아 SMART(Stormwater Management And Road Tunnel)

• 1885년 홍수시 오염물질미시간호에 대량 유입⇒ 시카고 12%인구장티푸스, 콜레라로 사망

• 대심도 터널 지하 조절지설치(빗물, 처리수미시간호 유입 원천차단)

• D3.0~11.0m, L=176km 평균심도 50~90m

• 하수의 효율적, 집약적처리 및 하수자원화

• 자연유하로 하수를집수하여 수집, 처리, 관리를 집약

• D3.3~6.0m, 48.5km 평균심도 50m

• 호우시 하천 통수능부족⇒ 쿠알라룸푸르 시내중심 상습침수 발생

• 홍수제어 및 도로겸용터널 설치

• D11.8m, L=9.7km 평균심도 20m

• 급격한 시가화로하천통수단면 부족⇒ 대홍수 발생(8회)

• 대심도 터널 지하조절지 설치(저류량 17.8만m3)

• D10.8m, L=2.0km 평균심도 56m

10

Ⅲ. 대심도 지하이용 사례(하수터널을 중심으로)

홍수범람 방지

일본 삿뽀로시 우수저류터널 일본 오사카시 돗토보리가와 우수터널

일본 오사카시 나니와 대방수로 일본 오오츠시 방수로

• 차집관을 증강함과

동시에 미처리 방류 등에

의한 수질오염 해소

• ⇒ 지하우수저류관 설치

⇒ 차집관거 초과

CSOs를 저류후 건기시

처리장으로 이송

• 도시화 및 낮은 지형,

90% 지역 배수펌프장에

의지

⇒ 대규모 침수피해 발생

• 대방수로 설치

(저류량 30만 m3)

• D6.5m, L=8.5km(간선)

• 홍수시 우수배제 시설,

소강우시 CSOs

저류시설로 활용

• 오사카 Dotonbory강

우수터널 설치

• D6.0m, L=4.0km

저류용량 14만m3

• 7개 하천의 홍수범람을

경감시키기 위해 방수로

계획

• 지하우수저류관 설치

• 100년빈도의 대규모

홍수재해에도 견딜 수

있도록 설치

11

Ⅳ. 대심도 하수터널의 적용방안

내수침수 방지용21

• 도시화로 인한 불투수면적 증가로 지표유출수의

첨두유출시간 감소 ⇒ 단기간 집중유출 증대

• 1960년대에 비해 우수 침투는 2배 감소, 표면 유출량은

5배 증가 청천시는 건천, 우천시 홍수피해 발생

• 확률강우량의 증가로 ⇒ 홍수량 증대

방수로

• 홍수량증가에 따른

하천단면(500CMS) 부족

• D12.75m, L=18.12km

방수로 계획

중랑천 방수로

• 홍수량증가에 따른

하천단면 부족

• D7.0m, L=3.0km

방수로 계획

도림천 방수로

98.8

양녕대군묘

문화교

150

100

179.5

116.0

76.6 125.0

100

60.0

50

신대방역

도림교

100

50

107.7

문성터널

시흥

로

23.5

1

시흥인터체인지

구로공단역

도 림

로

신림교

봉림교

상도

터널

한강

철교

여의교

사육신묘

신림육교

서울교

샛 강

대방 천

대 림 동

신 대 방 동

봉 천 동

상 도 동

영 등 포 동

도림동대 방 동

신길동

대 방 동

신 길 동

상 도 동

노 량 진 동

본 동동작구

보라매공원

도

림

천

봉

천

천

지하방수로

월류부

수직갱

유 입 부

지하

방수

로

도림천월류부

올림픽도로

유 출 부

A

A

B

B

SECTION A- A

Φ 7,000

SECTION B- B

10,0

00

3,0

00

20,000

600

12


우수유출 저감시설

• 국가하천(한강, 안양천, 중랑천)의 제1지류인 6개 하천에(228.02 km2)에 대해

192만m3의 우수저감계획 수립

• 서울시내 12개구청에서 총 42개소에 대해 중장기계획에 따라 저류조 설치중

우수유출 저감 계획

상류에 우수유출저감시설 도입⇒ 첨두부하 유출억제

• 최근 집중호우 및 불투수층의 증가로

하수관거의 확률년수 상향조정이 필요

대상유역 계 청계천 도림천 홍제천 우이천 반포천 성내천

계 획 빈 도 (년) 80 50 50 50 50 80

유역면적(km2) 228.02 50.96 41.93 40.77 28.76 31.49 34.11

유 출저감량(㎥) 1,915,000 501,000 472,000 316,000 185,000 288,000 153,000

내수침수 방지 대심도 적용 방안

• 하천의 통수단면부족으로 인한 하천수위 상승 방지를 위해 대심도 방수로 계획

• 하류하수관의 용량부족구간 해소를 위해 상류에 대심도 우수 저감시설 계획

13


횡월류시설

침사지

드롭샤프트

하천 합류부

펌프장

방수로 설치의 예제

14

CSOs 저감시설(초기우수 월류수 저류)22

수질사고 방지를 위해

오염부하량 저감대책

수립 필요

수질사고

대

책

•물재생센터는 간이처리 후

방류되는 2Q 처리를 위한

초기우수 처리시설 도입미처리

CSOs

유출• 하수관거는 미처리 방류되는

CSOs처리를 위한 저류시설

도입필요

CSOs 처리의 필요성

CSOs 처리 계획


15

물재생센터내 CSOs 처리 계획

CSOs 저류계획


• 중랑, 서남물재생센터는 물재생센터 현대화 계획(최종 2021년 완료)• 난지물재생센터는 2017년, 탄천물재생센터는 2014년 완료예정

구 분 계 중랑 난지 탄천 서남

’20년 계획하수량 498 159 86 90 163

’08년 일처리량 439 132 68 79 160

’20년초기우수량 1,227 396 210 239 382

단위 : 만m3/일

난지 중랑

서남 탄천

• 92개 소유역• 저류용량

: 686천m3


: 1,131천m3


: 592천m3• 79개 소유역• 저류용량

: 1,194천m3

•총필요저류량3,603천m3

구 분시설용량

(천m3)

구성비

(%)

계 3,603 100

유수지 598 16.6

대심도 664 18.4

기타 2,341 65.0

• CSOs 발생량 • CSOs 저류계획

기존유수지

CSOs 저류

16

차집관거 기능보강23

• 차집관거의 노후화로 인한 유지관리 차집관거 필요

⇒ 한강르네상스 계획과 연계

• 용량부족관거에 대한 대안으로 차집관거 기능 보강

• 물재생센터와 연계하여 여유용량을 충분히 검토한 후 물재생센터로 이송

차집관거 기능보강의 필요성

대심도 하수터널의 차집관거 기능보강

• 용량부족구간을 대심도 하수터널을

이용하여 용량 증대

• 기존 차집관거 유지관리시 대심도를

활용하여 기존 차집관거 개보수


17

차집관거 용량부족구간 대심도 차집관거 계획


• 차집관거가 미설치된자양오수중계펌프장~뚝섬빗물펌프장간차집관거 계획

• D2.0m,L=4.7km

구 분 계 중랑 난지 탄천 사남

추가필요단면

D500～

▣2.0×1.3

D400～

▣1.0×1.5

D300～

▣2.5×1.5

D400～

▣2.5×2.5

연장(km) 34.2 8.4 2.1 14.6 9.1

18

구 분 난 형 원 형 마 제 형

단 면

장 점

• 구조적으로 안정

• 양수압에 안정

• 원형보다 굴착량이 적어

경제적

• 구조적으로 가장 안정

• 양수압에 안정

• 굴착 시공성 양호

• 여굴량이 적어 경제적

단 점

• 마제형보다는 굴착량이

다소 크다

• 굴착시공이 공법에 따라

난이

• 굴착면이 크므로 비경제적

• 구조적으로 불안정

• 양수압에 불안정

대심도 하수터널의 설치방안24

터널형상


19

구 분 NATM Shield TBM

개요도

• Φ편도 2차로 복층구조(총 편도 4차로)

시공방법 • 전단면 및 상.하반분할발파 • Φ12.5m 전단면 굴착

특징

• 지질상태에 따라 대응조치 용이

• 국내시공실적이 많음

• 공기 지연시 공기 만회대책 우수

• 굴진속도가 NATM공법에 비해 빠르며환기 유리

• 민원해소(진동, 소음 감소)

• 굴착단면이 원형으로 구조적으로 가장유리함 비발파로 인한 지상 및 지하의안정성 증대

단점

• 발파작업으로 작업환경 불량

• 진동 및 소음에 의한 민원 우려

• 고가의 TBM 장비 및 부대시설 필요

• 전문기술력 및 숙련공 필요

• TBM을 위한 별도의 수전설비 필요

시공속도 • 100m/월 • 130m/월

굴착방법


20

Ⅴ. 향후 과제(관련법령 및 제도의 정비)

관련법규 검토21

법 제도적 실태

와

문 제 점

• 지하도로 시설기준에 관한 규칙 : 2000년 8월 폐지

⇒ 지하공간 이용에 관한 법적 근거와 규정 미비

• 토지의 사용과 보상에 대한 문제 : 민법 근거

⇒ 법 적용 사례 없음

⇒ 토지소유자 반대시 대안 없음

법 제도적 보완

및

개선방안

• 지하공간에 대한 도시지하공간 개념 규정

⇒ 지하공간개발 촉진을 위한 법제도적 지원책 마련

• 통합적 관리 및 종합적 계획체계 구축

⇒ 도시계획차원의 정책 및 제도 마련

• 미래수요 대비 대심도의 공적 이용을 위한 법 제도 마련

21

• 2010. 9.21(11시에서 23시까지의 강우) 총 강우량 : 264.5mm

• 1시간 최대강우량 : 75.5mm/hr

⇒13시30분 ~ 14시 30분간 강우(2001년 99.5mm/hr 이래 2000년이후 2번째 많은 강우)

• 4시간 최대강우량 : 240.0mm (12:40 ～ 16:40)

Ⅵ. 광화문 대심도 하수터널 설치계획(예시)

지속기간

확률강우량(mm)종로구 비고

2년 5년 10년 20년 30년 50년 80년 100년

10 16.9 21.9 25.2 28.3 30.1 32.4 34.5 35.5 16.0 -

60 48.5 65.7 77.1 88.0 94.3 102.2 109.4 112.8 75.5 10년빈도

120 70.7 94.9 110.9 126.2 135.0 146.1 156.2 161.0 139.0 30년빈도 상회

180 85.7 117.1 138.0 157.9 169.4 183.8 196.9 203.2 202.0 100년빈도

240 94.3 129.5 152.8 175.2 188.0 204.1 218.8 225.8 240.0 100년빈도 상회

360 111.1 150.9 177.3 202.5 217.1 235.3 251.9 259.8 251.0 80년빈도

540 127.8 171.0 199.6 227.1 242.9 262.6 280.7 289.2 258 30년빈도 상회

720 138.1 187.1 219.6 250.7 268.6 291.0 311.4 321.1 261 20년빈도 상회

1080 151.9 213.2 253.8 292.7 315.1 343.1 368.7 380.9 261 10년빈도 상회

1440 163.3 235.9 283.9 330.1 356.6 389.7 420.1 434.5 264.5 5년빈도 상회

9/21 06:00 9/21 13:00

정 은 화

9/21 18:00

정 은 화

9/21 22:00

강우특성 분석1

2010년 9월 21일 강우의 특성

22

구분확률강우량(mm)

1시간 2시간 3시간 6시간 24시간

실제 강우

2001. 7.15. 117.00 174.00 243.00 282.00 363.00

2002. 8. 6. 37.00 40.00 41.00 74.00 109.00

2003. 8.24. 66.00 78.00 85.00 96.00 165.00

2010. 9.21. 75.50 139.00 202.00 251.00 264.50

확률규모별강 우 량

5년 65.7 94.9 117.1 150.9 235.9

10년 77.1 110.9 138.0 177.3 283.9

20년 88.0 126.2 157.9 202.5 330.1

50년 102.2 146.1 183.8 235.3 389.7

100년 112.8 161.0 203.2 259.8 434.5

• 2000년 이후 실측강우분석결과 최근 강우의 특성은 단시간에 국지적으로 호우가 발생하는 추세

• 급격한 우수유출량 증대로 하수관거의 소통능력 부족 등으로 침수피해를 더욱 가중시키고 있음


실측강우 분석2

강우 분석 결과

23

• 청계천의 총유역면적은 50.96km2이며 금회 침수가 발생한 시점구간의 유역면적은 3.09km2임

• 2010년 9월 21일 강우로 종로구에는 주택 및 상가 침수가 272가구, 도로침수로 15.5ha 발생

• 설계강우는 대부분의 강우의 사상을 Huff의 2분위법을 채택하여 시설물을 계획하나

금회 강우의 경우 지속시간 240분 동안 동일한 강우강도 발생

⇒ 유달시간이 긴 유역의 경우 하류지역에서 침수발생

• 기존 하수암거의 용량은 간선은 10년 지선은 5년으로 설치

⇒ 정비 및 신설지역은 간선 30년 지선 10년으로 기준강화

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240

강우

량(m

m)

시간(분)

실강우(12시40분~16시40분)

10년빈도 설계강우

30년빈도 설계강우

지속시간

(분)240

확률강우량(mm)

10년 빈도 152.8

30년 빈도 188.0

종 로 구

실제강우(mm)240


침수현황 분석3

유역현황

설계강우와 실강우의 차이

24

• 광화문일대는 G.L33.7m ~ 30.2m로

광화문 삼거리에서 세종로방향으로

지반고가 낮아지는 상가 밀집지역

• 광화문 지하차도 및 경복궁역 건설시

기존간선 하수천 암거의 선형을

불합리하게 변경

⇒ 곡관손실증대 및 지선 유입에 지장

• 하수암거 합류후 하류의 암거 단면이

상류단면보다 축소

; 백운동 (2▣1.5×1.6)+효자동 (2▣2.5×2.5)

= 2▣2.0×2.0 ⇒ 유수정체로 배수위 증가

• 중학천 암거(2▣2.8×2.5)가

유수의 흐름과 45°이상 굴곡으로

청계천 유입

⇒ 굴절에 의한 수두손실로

중학천 간선암거 하류흐름 불리

Φ1500

우수소통 불량(합류부 단면축소)

C자형 만곡부및 단면축소

C자형 만곡부및 직각유입

45˚이상굴곡유입

효자동 암거2▣2.5×2.5

백운동 암거2▣1.5×1.6

합류암거2▣2.0×2.0

▣1.5×1.5

중학천 암거2▣2.8×2.5

암거축소2▣1.6×1.8

청 계 천


불합리한 하수관거의 선형

25

• 개발에 따른 불투수 면적의 증가로 인해 도달시간이 짧아져 첨두 홍수량의 증가 및 침투수의 감소로

총유출량이 증가

• 광화문 광장 빗물받이 통수능 부족 및 광화문 광장 인근 상가 빗물받이 악취발생으로 인한 인위적 폐쇄

• 백운동천, 중학천의 합류점인 청계천 복원부 시점부 급격한 수위 상승으로 상류암거의

배수위 상승과 수중오리피스 흐름으로 수리적 불리

• 1안 : 하수암거를 증설하여 통수능을 추가로 확보하는 방안

- 1-1안 : 기존 하수암거에 병렬로 암거를 증설하는 방안

- 1-2안 : 기존 하수암거외에 별도로 50년빈도 이상의 강우에 대비한 하수터널 계획하는 방안

• 2안 : 저류조를 설치하여 우수유출을 저감하는 방안


개발로 인한 유출량 증가

광화문광장 주변의 항구적인 침수해소방안 수립

침수해소 방안4

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구 분 계획의 요지

개 요

• 경복궁역 주요간선관거 성능개선

• 자하문로～청계천간 암거신설로 간선

유량분배

시 설

규 모

• 경복궁역 관거 선형변경 및 성능개선

3▣1.6m×1.8m, L=50m

• 관거 신설

2▣2.5m×2.5m, L=1,200m

장 점• 관거 성능개선 및 유로변경으로 기존

간선암거 통수능 확보

단 점

• 계획노선 길어 교통등 민원예상

• 본선관로 설치공간 확보곤란

• 지장물이설 등 장애물 과다

시공성

• 계획노선 도로폭은 8.0m~12.0m이나

각종 지장물이 있어 공사가 어려움

• 지하철횡단 구간 시공이 어려움

경제성

• 공사비(C자형) : 10억원

• 공사비(신설) : 360억원

• 계 : 370억원

청 계 천

효자동 암거2▣2.5×2.5

백운동 암거2▣1.5×1.6

중학천 암거2▣2.8×2.5

암거추가 증설3▣1.6×1.8

암거신설(유량배분)2▣2.5×2.5


1-1안 : 기존하수관거 단면확대

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개 요 • 대심도 하수터널 설치

시 설

규 모

• 대심도 하수관로

L=2,0km, Φ3.5m

장 점• 대심도 하수관로를 통해 상·하류

통수능 확보

단 점

• 수직갱 설치에 따른 진출입 부지 확보

• 추가확장이 어려움

• 유입·유출부 및 환기시설설치로

주변환경에 대한 영향 고려

시공성• 공기의 단축과 교통정체 감소

• 민원발생 최소화

경제성 • 공사비 : 320억원청 계 천

효자동 암거2▣2.5×2.5

백운동 암거2▣1.5×1.6

중학천 암거2▣2.8×2.5

대심도 하수관D3.5m, L=2.0km

장통교


1-2안 : 대심도 하수터널 신설

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개 요

• 경복궁역 교차로~옥류동천 합류부

구간에 빗물저류조 설치

• 간선암거 및 경복궁역 C자형

성능개선

시 설

규 모

• 저류조설치 V=68,000㎥

• 간선암거 성능개선(자하문로)

2▣2.5m×2.5m, L=250m

장 점• 자하문로 저류조 설치 및 간선암거

개량으로 상․하류 통수능 확보

단 점

• 저류지 공간을 도로부지 활용

• 공간협소로 저류공간 확보를 위해

유효수심이 깊음(약17m)

시공성• 암지반으로 시공이 어려울 경우 부족

저류량에 대해 대체부지 확보 필요

경제성

• 공사비(저류조) : 510억원

• 공사비(하수관거) : 34억원

• 계 : 544억원

청 계 천

효자동 암거2▣2.5×2.5

백운동 암거2▣1.5×1.6

중학천 암거2▣2.8×2.5

저류조 신설V=68,000m3

암거 증설2▣2.5×2.5


2안 : 저류조 설치

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경복궁역~청계천까지 대심도 하수터널 설치계획(50년 빈도, 현재 기본계획중)

광화문 대심도 하수터널 설치계획

• 유입부 : 위치에너지 저감을 위하여

드롭샤프트 설치

• NATM또는 Shield TBM 공법을

이용하여 대심도 설치

• 자연유하로 청계천 방류 : 비상시를

대비하여 펌프시설 설치

• 하수터널 계획 : D3.5m, L = 2.0km

옥류동천합류부

옥류동천합류부

청 계 천장통교지점

미래수해대응능력향상을위한...

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